發(fā)布時(shí)間：2021-11-14 16:39

　　在環(huán)境流體力學(xué)中,風(fēng)場(chǎng)是風(fēng)沙流、風(fēng)雪流等自然環(huán)境特性問(wèn)題研究的動(dòng)力源和基礎(chǔ).通常采用壁湍流模型進(jìn)行風(fēng)場(chǎng)大渦模擬（large eddy simulation, LES）計(jì)算,但受到計(jì)算規(guī)模的限制使得高雷諾數(shù)風(fēng)場(chǎng)的模擬計(jì)算難以實(shí)現(xiàn).并行計(jì)算技術(shù)是解決大規(guī)模高雷諾數(shù)風(fēng)場(chǎng)大渦模擬的關(guān)鍵技術(shù)之一.在不可壓湍流風(fēng)場(chǎng)的LES模擬中,壓力泊松方程的并行計(jì)算技術(shù)是進(jìn)行規(guī)模并行計(jì)算的困難點(diǎn).根據(jù)風(fēng)場(chǎng)流動(dòng)模擬計(jì)算的特點(diǎn),采用水平網(wǎng)格等距而垂直于地面網(wǎng)格非等距,在解決規(guī)模并行計(jì)算中求解壓力泊松方程的難點(diǎn)問(wèn)題時(shí),利用FFT解耦三維泊松方程使其變?yōu)榇瓜虻囊痪S三對(duì)角方程,并利用可并行的三對(duì)角方程PDD求解技術(shù),可建立三維泊松方程的直接并行求解技術(shù).結(jié)合其它容易并行的動(dòng)量方程計(jì)算,本文建立風(fēng)場(chǎng)LES模擬的并行直接求解方法 （parallel direct method-LES, PDM-LES）.在超級(jí)計(jì)算機(jī)上對(duì)新方法進(jìn)行并行效率測(cè)試,并行計(jì)算效率達(dá)到90%.新的方法可用于進(jìn)行湍流風(fēng)場(chǎng)大渦模擬的大規(guī)模并行計(jì)算.計(jì)算結(jié)果表明,湍流風(fēng)場(chǎng)瞬時(shí)速度分布近壁面存在條帶狀的擬序結(jié)構(gòu),平均場(chǎng)的速度分布符合速度對(duì)數(shù)律特性,風(fēng)場(chǎng)湍流特... 

【文章來(lái)源】：力學(xué)學(xué)報(bào). 2020,52(03)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

風(fēng)沙流中的風(fēng)場(chǎng)計(jì)算域示意圖

圖2給出了來(lái)流Re=10 000時(shí)三維瞬時(shí)速度分布.三維瞬時(shí)速度分布圖中可以看到，湍流流動(dòng)的速度分布存在明顯的脈動(dòng)特性.計(jì)算結(jié)果得出，在現(xiàn)有計(jì)算條件下Reτ≈4000.圖3為不同高度xy平面的瞬時(shí)速度分布.圖3(a)為近壁面平行于xy平面上的瞬時(shí)速度分布(z+=12)，可以看到壁湍流近壁面區(qū)域分布著眾多的沿流動(dòng)方向分布的低速條紋和高速條紋.圖3(b)為離壁面距離略高的xy平面上的瞬時(shí)速度分布(z+=200)，仍然可以看到明顯的條帶狀速度分布.隨著高度的增加，條帶狀速度分布的尺度增大.這些條紋反映出壁面附近的流動(dòng)存在沿流向方向的條帶狀擬序結(jié)構(gòu).瞬時(shí)速度條帶狀擬序結(jié)構(gòu)是湍流流動(dòng)的最主要流動(dòng)特征，并且起到控制湍流流動(dòng)特性的重要作用.

圖3為不同高度xy平面的瞬時(shí)速度分布.圖3(a)為近壁面平行于xy平面上的瞬時(shí)速度分布(z+=12)，可以看到壁湍流近壁面區(qū)域分布著眾多的沿流動(dòng)方向分布的低速條紋和高速條紋.圖3(b)為離壁面距離略高的xy平面上的瞬時(shí)速度分布(z+=200)，仍然可以看到明顯的條帶狀速度分布.隨著高度的增加，條帶狀速度分布的尺度增大.這些條紋反映出壁面附近的流動(dòng)存在沿流向方向的條帶狀擬序結(jié)構(gòu).瞬時(shí)速度條帶狀擬序結(jié)構(gòu)是湍流流動(dòng)的最主要流動(dòng)特征，并且起到控制湍流流動(dòng)特性的重要作用.圖3 不同高度xy平面的瞬時(shí)速度分布

【參考文獻(xiàn)】：
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